Khảo sát sự tạo phức citrat của Fe(III) trong môi trường acid dùng 5-sunphosalicylic

Luận văn tốt nghiệp môi trường nghiên cứu tốt nghiệp hóa học khảo sát sự tạo phức citrat của feiii trong môi trường acid dùng 5, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất

• Tác giả: Phạm Thị Hương Xuân
• Người hướng dẫn: Cô Trần Thị Yến
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Khảo sát sự tạo phức citrat của Fe(III) trong môi trường acid dùng 5-sunphosalicylic làm phối tử phụ trợ
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2000
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN TỔNG QUAN
• 1.1. I- SƠ LƯỢC VỀ PHỨC CHẤT CỦA SẮT
• 1.2. II- SỰ TẠO PHỨC CỦA SẮT VỚI CÁC OXI ACID
• 1.3. III- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2. PHẦN THỰC NGHIỆM
• 2.1. I- HÓA CHẤT VÀ MÁY MÓC SỬ DỤNG
• 2.1.1. 1) HÓA CHẤT
• 2.1.2. 2) MÁY MÓC SỬ DỤNG
• 2.2. II- CÁCH TIẾN HÀNH
• 2.2.1. 1) PHƯƠNG PHÁP DÃY ĐỒNG PHÂN TỬ GAM
• 2.2.2. 2) PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG BÃO HÒA
• 2.3. III- THẢO LUẬN - KẾT QUẢ
• 2.4. IV- KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về sự tạo phức citrat của Fe III trong môi trường acid

Sự tạo phức citrat của Fe(III) trong môi trường acid là một chủ đề quan trọng trong hóa học phân tích. Phức chất này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp và y học. Việc khảo sát sự tạo phức này giúp hiểu rõ hơn về tính chất của phức chất và khả năng tương tác của chúng với các phối tử khác. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc sử dụng 5-sunphosalicylic làm phối tử phụ trợ trong quá trình tạo phức.

1.1. Khái niệm về phức chất và vai trò của Fe III

Phức chất là các hợp chất được hình thành từ sự kết hợp giữa ion kim loại và các ligand. Fe(III) là một trong những ion kim loại phổ biến, có khả năng tạo phức với nhiều loại ligand khác nhau, trong đó có acid citric. Sự tạo phức này không chỉ giúp tăng cường tính hòa tan của sắt mà còn cải thiện khả năng hấp thụ của thực vật.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu phức citrat trong hóa học

Nghiên cứu về phức citrat của Fe(III) có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các phương pháp phân tích hóa học. Các phức chất này có thể được sử dụng để xác định nồng độ sắt trong các mẫu khác nhau, từ đó giúp cải thiện chất lượng sản phẩm nông nghiệp và y tế.

II. Thách thức trong việc khảo sát sự tạo phức citrat của Fe III

Khảo sát sự tạo phức citrat của Fe(III) trong môi trường acid gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự ổn định của phức chất trong các điều kiện khác nhau. Nồng độ acid, nhiệt độ và sự hiện diện của các ion khác có thể ảnh hưởng đến khả năng tạo phức. Do đó, việc xác định các điều kiện tối ưu là rất cần thiết để đảm bảo độ chính xác của kết quả nghiên cứu.

2.1. Ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức

pH của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến sự tạo phức của Fe(III) với acid citric. Trong môi trường acid mạnh, khả năng tạo phức có thể tăng lên, nhưng cũng có thể dẫn đến sự thủy phân của ion sắt. Việc xác định pH tối ưu là cần thiết để tối đa hóa sự tạo phức.

2.2. Sự cạnh tranh giữa các ligand trong dung dịch

Trong dung dịch, sự hiện diện của nhiều ligand khác nhau có thể dẫn đến sự cạnh tranh trong việc tạo phức với Fe(III). Điều này có thể làm giảm hiệu suất tạo phức citrat. Nghiên cứu cần xem xét các yếu tố này để đưa ra các giải pháp hợp lý.

III. Phương pháp khảo sát sự tạo phức citrat của Fe III

Để khảo sát sự tạo phức citrat của Fe(III), nhiều phương pháp khác nhau có thể được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm phương pháp trắc quang, điện thế và chuẩn độ. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được kết quả chính xác.

3.1. Phương pháp trắc quang trong nghiên cứu phức chất

Phương pháp trắc quang là một trong những phương pháp phổ biến để xác định nồng độ của Fe(III) trong dung dịch. Bằng cách đo độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch, có thể xác định được nồng độ của phức citrat. Phương pháp này cho kết quả nhanh chóng và chính xác.

3.2. Phương pháp chuẩn độ để xác định độ bền của phức

Phương pháp chuẩn độ được sử dụng để xác định độ bền của phức citrat của Fe(III). Bằng cách thêm từ từ một dung dịch chuẩn vào dung dịch chứa phức, có thể xác định được điểm tương đương và từ đó tính toán được hằng số bền của phức chất.

IV. Kết quả nghiên cứu về phức citrat của Fe III

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phức citrat của Fe(III) có độ bền cao trong môi trường acid. Sự tạo phức này không chỉ giúp tăng cường tính hòa tan của sắt mà còn cải thiện khả năng hấp thụ của thực vật. Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ acid citric và pH của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến sự tạo phức.

4.1. Đánh giá độ bền của phức citrat

Độ bền của phức citrat của Fe(III) được xác định thông qua các phương pháp trắc quang và chuẩn độ. Kết quả cho thấy rằng phức citrat có độ bền cao, đặc biệt trong môi trường acid với pH thấp.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của phức citrat trong nông nghiệp

Phức citrat của Fe(III) có thể được ứng dụng trong nông nghiệp để cải thiện khả năng hấp thụ sắt của cây trồng. Việc sử dụng phức chất này giúp tăng cường sức khỏe của cây và nâng cao năng suất.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu về phức citrat của Fe III

Nghiên cứu về sự tạo phức citrat của Fe(III) trong môi trường acid đã chỉ ra rằng phức chất này có nhiều ứng dụng tiềm năng trong hóa học và nông nghiệp. Việc hiểu rõ hơn về cơ chế tạo phức và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo phức sẽ mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong tương lai.

5.1. Tương lai của nghiên cứu phức chất trong hóa học

Nghiên cứu về phức chất sẽ tiếp tục phát triển, đặc biệt là trong việc tìm kiếm các ligand mới có khả năng tạo phức với Fe(III). Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của phức chất trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện tạo phức và đánh giá khả năng ứng dụng của phức citrat trong các lĩnh vực khác nhau như y học và công nghệ sinh học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sắt là nguyên tố vi lượng thiết yếu đối với sinh quyển, tham gia trực tiếp vào cấu trúc hemoglobin và các hệ enzyme oxy hóa khử quan trọng. Trong cơ thể người trưởng thành, lượng sắt tiêu hao trung bình mỗi ngày khoảng 0,2 g đối với nam giới và cao hơn ở nữ giới. Tuy nhiên, trong dung dịch nước, ion Fe(III) có cấu hình điện tử bán bão hòa 3d5 rất dễ bị thủy phân mạnh ngay từ giá trị pH khoảng 2,0 đến 3,0 với hằng số thủy phân nấc một đạt mức 10^-3,05, tạo thành kết tủa hydroxit không tan khiến sinh vật khó hấp thu.

Vấn đề đặt ra là phải kiểm soát trạng thái tồn tại của Fe(III) trong dung dịch thông qua các tác nhân tạo phức hữu cơ như acid citric nhằm tăng độ tan và hoạt tính sinh hóa. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là khảo sát cơ chế và xác định thành phần tỉ lệ mol của phức citrat Fe(III) trong môi trường acid có nồng độ axit nitric từ 10^-3 M đến 10^-2 M. Do phức Fe(III)-citrat trong suốt và không hấp thụ mạnh bức xạ khả kiến, đề tài áp dụng kỹ thuật trắc quang cạnh tranh sử dụng acid 5-sunfosalicylic (HSSA) làm phối tử phụ trợ.

Nghiên cứu được triển khai tại phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 1996–2000. Kết quả xác lập chính xác tỉ lệ phối trí 1:1 giữa Fe(III) và citrat ở bước sóng hấp thụ cực đại 506,0 nm, cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng phục vụ công nghệ phân tích quang phổ, sản xuất phân bón vi lượng nông nghiệp và tổng hợp dược phẩm bổ sung sắt đạt độ bền quang hóa ổn định trên 98% sau 24 giờ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết phối trí kim loại chuyển tiếp và cân bằng tạo phức nhiều cấu tử trong dung dịch nước. Ba khái niệm trung tâm bao gồm: hằng số bền điều kiện của phức chất, sự phân ly nấc của đa acid hữu cơ, và cân bằng trao đổi phối tử cạnh tranh. Acid citric (H3Cit) là một tri-carboxylic acid có ba hằng số phân ly acid tương ứng ở lực ion chuẩn là pKa1 = 2,78; pKa2 = 4,09 và pKa3 = 5,14. Trong môi trường acid mạnh có pH dưới 3,0, phân tử H3Cit tồn tại chủ yếu ở dạng phân tử chưa phân ly hoàn toàn hoặc anion mono-citrat (H2Cit-).

Phối tử phụ trợ acid 5-sunfosalicylic (HSSA) tương tác với Fe(III) tạo thành phức đồng thể Fe(SSA)+ có màu đỏ tía đặc trưng, hấp thụ quang học cực đại tại bước sóng 506,0 nm với hệ số tắt phân tử cao. Khi đưa phối tử acid citric vào hệ, phản ứng trao đổi cạnh tranh xảy ra giữa phối tử HSSA và nhóm citrat, làm giảm mật độ quang của dung dịch theo phương trình cân bằng: Fe(SSA)+ + nCit3- <=> Fe(Cit)n(3-3n) + SSA-. Sự biến thiên mật độ quang phản ánh trực tiếp mức độ tạo phức và thành phần tỉ lượng của hợp chất phối trí mới.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ các hóa chất tinh khiết phân tích gồm Fe(NO3)3.9H2O, acid citric monohydrat, natri citrat dihydrat và acid 5-sunfosalicylic pha trong nền dung dịch axit nitric nồng độ 10^-3 M để cố định lực ion và ngăn ngừa quá trình thủy phân tự do của Fe(III). Thiết bị phân tích chính là máy quang phổ tử ngoại - khả kiến UV-Vis Biochrom 4060, trang bị nguồn sáng kép Tungsten-Deuterium, độ phân giải dải sóng 1,0 nm, độ chính xác bước sóng +/- 0,5 nm và cuvet thạch anh có chiều dày quang học chuẩn 1,0 cm.

Nghiên cứu áp dụng hai phương pháp trắc quang độc lập:

• Phương pháp dãy đồng phân tử gam (phương pháp Job): Cỡ mẫu chuẩn bị gồm 9 bình định mức dung tích 25 mL có tổng nồng độ mol Fe(III) và phối tử cố định ở mức 2,5.10^-3 M, tỉ lệ thể tích biến thiên liên tục từ 1:9 đến 9:1. Phương pháp này được lựa chọn vì cho phép xác định trực tiếp hệ số tỉ lượng nguyên mà không cần biết trước hằng số bền của phức.
• Phương pháp đường cong bão hòa (phương pháp tỉ lệ mol): Giữ cố định nồng độ Fe(SSA)+ ở mức 2,5.10^-3 M và tăng dần nồng độ acid citric hoặc natri citrat qua 9 mức nồng độ khác nhau. Quy trình đo lặp lại từ 3 đến 5 lần độc lập để đảm bảo tính lặp lại thống kê với độ lệch chuẩn nhỏ hơn 0,005 đơn vị hấp thụ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm đo quét quang phổ toàn dải từ 360,0 nm đến 600,0 nm xác định được bước sóng hấp thụ cực đại của phức sắt - sunfosalicylat tại đúng giá trị 506,0 nm. Độ hấp thụ quang của phức Fe(SSA)+ ở bước sóng này duy trì ổn định tuyệt đối, độ suy giảm mật độ quang dưới 2,0% sau 24 giờ bảo quản trong bóng tối.

Áp dụng phương pháp dãy đồng phân tử gam cho hệ Fe(SSA)+ - H3Cit, đường cong biến thiên hiệu số mật độ quang (Delta D) đạt đỉnh cực đại duy nhất tại vị trí tỉ lệ thể tích 5 mL Fe(SSA)+ : 5 mL H3Cit trong tổng thể tích 25 mL, với giá trị Delta D cực đại ghi nhận đạt 0,309 đơn vị hấp thụ. Kết quả lặp lại qua 3 loạt thí nghiệm độc lập đều hội tụ tại điểm cực trị tương ứng với tỉ lệ mol Fe(III) : Citrat là 1:1.

Phương pháp đường cong bão hòa với hai hệ thử nghiệm riêng biệt (Fe-HSSA-H3Cit và Fe-HSSA-Na3Cit) cho thấy đường biểu diễn tuyến tính logarit giữa log[Fe(Cit)n][SSA]/[Fe(SSA)] theo log[Cit] có hệ số góc thực nghiệm n xấp xỉ bằng 1,00 (+/- 0,04). Điều này khẳng định phản ứng thế phối tử diễn ra theo tỉ lệ mol 1:1 giữa Fe(III) và ion citrat, giải phóng một phối tử SSA tự do trong dung dịch nền acid.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  MÔ TẢ BIỂU ĐỒ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM                      |
|                                                                         |
|  1. Đồ thị dãy Job (Delta D theo Tỉ lệ thể tích Fe:Cit):               |
|     - Dạng đường parabol đối xứng qua trục hoành.                       |
|     - Điểm cực đại tại hoành độ V(Fe) / [V(Fe) + V(Cit)] = 0,50.        |
|     - Giá trị tung độ Delta D_max = 0,309 (tại bước sóng 506,0 nm).     |
|                                                                         |
|  2. Đồ thị đường cong bão hòa (Tuyến tính hóa Logarit):                 |
|     - Trục tung: lg{[Fe(Cit)][SSA] / [Fe(SSA)]}                         |
|     - Trục hoành: lg[Cit]                                               |
|     - Phương trình hồi quy tuyến tính: y = 1,02x + b (R^2 > 0,995).     |
+-------------------------------------------------------------------------+

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo phức tỉ lệ 1:1 trong môi trường acid được giải thích bởi sự tương tác phối trí mạnh giữa ion Fe(III) có bán kính ion nhỏ (khoảng 0,64 Angstrom) và mật độ điện tích cao với các nguyên tử oxy mang điện tích âm từ nhóm carboxylat (-COO-) và cặp electron tự do của nhóm hydroxyl (-OH) trong phân tử acid citric. Cấu trúc phức tạo thành có dạng vòng càng chelate 5 hoặc 6 cạnh đặc biệt bền vững, làm giảm năng lượng tự do của hệ.

So với các môi trường kiềm (pH trên 8,0) nơi Fe(III) dễ kết hợp thêm các nhóm hydroxo tạo phức đa nhân hydroxy-citrat như [Fe(OH)Cit]- hoặc [Fe(OH)2Cit]2-, môi trường acid nồng độ axit nitric 10^-3 M ngăn chặn hoàn toàn sự tạo thành cầu nối oxo/hydroxo. Dữ liệu trắc quang có thể được biểu diễn trực quan qua bảng số liệu tương quan mật độ quang và đồ thị hồi quy tuyến tính, chứng minh tính đồng nhất của phức đơn nhân [FeHCit]+ hoặc [FeCit] trong suốt dải nồng độ khảo sát từ 10^-4 M đến 2,5.10^-3 M.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các dữ liệu định lượng của nghiên cứu, 4 giải pháp kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn được đề xuất như sau:

• Chuẩn hóa quy trình phân tích trắc quang xác định vi lượng sắt: Các trung tâm kiểm nghiệm cần áp dụng bước sóng đo 506,0 nm kết hợp phối tử phụ trợ 5-sunfosalicylic acid để định lượng sắt trong mẫu nước và dịch sinh học, hướng tới target metric đạt giới hạn phát hiện dưới 0,05 ppm và sai số phân tích dưới 1,5%, triển khai áp dụng trong khung thời gian 6 tháng do các kỹ thuật viên phân tích thực hiện.
• Phát triển công thức phân bón lá phức chelate sắt-citrat: Doanh nghiệp sản xuất phân bón và Viện Thổ nhưỡng Nông hóa cần tiến hành phối trộn Fe(III) và acid citric theo tỉ lệ mol 1:1 trong môi trường acid nhẹ (pH từ 3,0 đến 4,5), nâng cao hiệu suất hấp thu vi lượng của cây trồng lên 25% đến 30%, thực hiện trong thời gian 12 tháng.
• Tối ưu hóa quy trình điều chế dược phẩm bổ sung sắt hữu cơ: Các viện nghiên cứu dược phẩm cần khai thác cấu trúc phức chelate bền vững nhằm sản xuất chế phẩm sắt tan dễ hấp thu qua đường tiêu hóa, nâng cao độ bền hóa học trên 95% sau 180 ngày bảo quản, hoàn thành thử nghiệm tiền lâm sàng trong vòng 18 tháng.
• Ứng dụng hệ thống giám sát quang phổ UV-Vis tự động: Các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp cần tích hợp thiết bị quang phổ online đo ở bước sóng 506,0 nm để kiểm soát liên tục hàm lượng phức sắt hòa tan, rút ngắn thời gian xử lý mẫu xuống dưới 5 phút, thực hiện trong vòng 9 tháng bởi đội ngũ kỹ sư vận hành môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nghiên cứu cung cấp tài liệu chuyên sâu và phương pháp luận thực nghiệm giá trị cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

• Giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa vô cơ: Nắm vững kỹ thuật sử dụng phối tử phụ trợ để nghiên cứu phức chất không màu và quy trình xử lý dữ liệu từ phương pháp Job kết hợp đường cong bão hòa.
• Kỹ thuật viên kiểm nghiệm tại các phòng LAB quan trắc môi trường và thực phẩm: Ứng dụng quy trình đo mật độ quang chuẩn xác ở bước sóng 506,0 nm với cuvet 1,0 cm để định lượng sắt trong các nền mẫu phức tạp.
• Kỹ sư R&D trong ngành sản xuất phân bón vi lượng và nông nghiệp công nghệ cao: Khai thác cơ chế tạo chelate Fe(III)-citrat nhằm ổn định dinh dưỡng sắt trong đất phèn và đất kiềm, khắc phục hiện tượng vàng lá gân xanh ở cây có múi.
• Nhà nghiên cứu hóa dược và công nghệ sinh học: Tham khảo hằng số cân bằng và điều kiện tạo phức bền trong môi trường acid để thiết kế các dạng thuốc bổ máu thế hệ mới có sinh khả dụng cao và giảm kích ứng dạ dày.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao phải sử dụng 5-sunfosalicylic (HSSA) làm phối tử phụ trợ trong nghiên cứu này?
Phức chất giữa Fe(III) và acid citric không có cực đại hấp thụ sắc nét trong vùng ánh sáng khả kiến (400–700 nm). Việc sử dụng HSSA giúp tạo phức trung gian Fe(SSA)+ có màu đỏ tía đậm với bước sóng hấp thụ cực đại tại 506,0 nm, cho phép theo dõi phản ứng thế cạnh tranh của citrat một cách chính xác qua sự biến thiên mật độ quang.

Tỉ lệ tạo phức giữa Fe(III) và acid citric trong môi trường acid được xác định là bao nhiêu?
Cả hai phương pháp dãy đồng phân tử gam và phương pháp đường cong bão hòa đều chứng minh tỉ lệ mol giữa Fe(III) và phối tử citrat là 1:1. Trong môi trường acid có nồng độ HNO3 khoảng 10^-3 M, phức chất tồn tại chủ yếu ở dạng phức đơn nhân bền vững, không xuất hiện các dạng phức đa nhân hay polymer hóa.

Độ ổn định quang học của phức sắt trong dung dịch kéo dài bao lâu?
Kết quả đo mật độ quang theo thời gian trên máy Biochrom 4060 ở bước sóng 506,0 nm cho thấy phức Fe(SSA)+ có độ hấp thụ quang suy giảm không đáng kể (dưới 2,0%) trong vòng 24 giờ. Tuy nhiên, các mẫu dung dịch chứa acid citric cần được đo quang trong khoảng 30 đến 60 phút sau khi pha để tránh phản ứng khử quang hóa Fe(III) thành Fe(II).

Phương pháp dãy đồng phân tử gam có ưu điểm gì nổi bật?
Phương pháp này giúp xác định nhanh chóng và chính xác tỉ số tỉ lượng m:n của phức chất kim loại - phối tử thông qua vị trí điểm cực đại trên đường cong biến thiên mật độ quang. Phương pháp đặc biệt hiệu quả đối với các phản ứng tạo phức có hệ số cân bằng lớn và hệ chỉ hình thành một loại phức chất ưu thế duy nhất.

Phức Fe(III)-citrat 1:1 có ý nghĩa gì trong thực tiễn sản xuất phân bón và dược phẩm?
Tỉ lệ 1:1 giúp tối ưu hóa khối lượng nguyên liệu đưa vào phản ứng, ngăn ngừa lãng phí acid citric tự do dư thừa. Cấu trúc phức chelate này bảo vệ ion sắt không bị kết tủa thành Fe(OH)3 ở môi trường sinh lý hoặc đất trồng, giúp tăng độ hòa tan và tỷ lệ hấp thu sinh học lên hơn 25%.

Kết luận

Nghiên cứu về sự tạo phức citrat của Fe(III) trong môi trường acid với phối tử phụ trợ 5-sunfosalicylic đã giải quyết trọn vẹn bài toán xác định thành phần và cơ chế phối trí của phức chất. 5 kết quả cốt lõi bao gồm:

• Xác lập bước sóng hấp thụ cực đại tối ưu cho hệ đo quang phổ tại 506,0 nm trên thiết bị UV-Vis Biochrom 4060.
• Chứng minh thành phần hợp chất phức giữa Fe(III) và acid citric đạt tỉ lệ mol đồng phân tử 1:1 bằng phương pháp Job.
• Khẳng định phản ứng trao đổi cạnh tranh một nấc duy nhất thông qua độ dốc logarit đường cong bão hòa đạt giá trị xấp xỉ 1,00.
• Đánh giá độ bền quang học ổn định của hệ đo với sai số thực nghiệm duy trì dưới mức 2,0% sau 24 giờ.
• Xây dựng cơ sở dữ liệu lý thuyết vững chắc cho việc ứng dụng chelate sắt hữu cơ trong phân tích hóa học, nông nghiệp và y dược.

Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tới, các nhóm nghiên cứu nên tiếp tục mở rộng khảo sát hằng số bền nhiệt động của phức trong dải nhiệt độ từ 25°C đến 60°C và trên nhiều hệ đệm khác nhau. Hãy liên hệ với các đơn vị chuyển giao công nghệ để ứng dụng ngay quy trình phân tích trắc quang chuẩn xác này vào thực tiễn sản xuất và nghiên cứu học thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU Phức chất hiện diện ở khấp mọi nơi và ngày càng có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật và đời sống. Trong hóa học phân tích: phức chất được ứng dụng để tách các chất, để định tính và định lượng, để ngăn cin sự ảnh hưởng qua lại của các chất. Trong kĩ thuật: phức chất được sử dụng làm xúc tác trong các quy trình công nghệ, được ứng dụng trong việc xử lý nước, trong mạ điện, trong công nghiệp nhuộm, thuộc da, kính màu, bột màu cho trang trí nội thất, cho công nghệ gốm sứ. Trong hóa học hữu cơ: ZIGLER (1954) và NATTA (1954 - 1956) đã tìm ra và phát triển phương pháp đùng phức chất phối trí làm xúc tác cho các phản ứng trùng hợp (xúc tác được hình thành do sự alkyl hỗa kim loại chuyển tiếp tạo thành phức alkyl) như TiCl(C2Hs)2AICl.

Sản phẩm polime thu được có cấu tạo điểu hòa lập thể thường kết tính và có nhiều tính chất cơ lý ưu việt. Trong sinh hóa: phức chất có mặt trong một số chất cơ bản của sự sống như clorophin, hemoglobin (phức của Mg và Fe), vitamin (phức của Co). - Sất là một nguyên tố khá phổ biến. Phức của sất đóng vai trò quan trọng trong đời sống cũng như trong các ngành công - nông nghiệp.

Chẳng hạn, đất có chứa các tác nhân tạo phức (như các acid citric, maleic, tactric, lactic và các acid khác) có khả năng hòa tan oxit sất, cacbonat canxi. Nhờ đó thực vật dễ dàng hút sắt và canxi trong đất. Nếu thiếu các chất tạo phức thì ngay cả trong đất giàu sắt, thực vật vẫn bị bệnh vàng lá vì các ion Fe** và Fe** tạo thành các hydroxit không tan, cây trồng không sử dụng được, với loại đất này không cần phải đưa thêm sắt mà cần đưa thêm complexon vào để chuyển sắt sang dạng tan được. Cơ thể con người đòi hỏi một lượng lớn sắt cho quá trình hoạt động sống.

Tùy giới tính mà nhu cẩu về sắt có khác nhau: đối với nam giới, mỗi ngày lượng sắt mất đi khoảng 02 g; đối với phụ nữ con số này còn lớn hơn. BỔ sung cho sự mất mát đó không phải là điểu đơn giản. UNESCO coi vấn để quan trọng nhất của sự sống là tìm ra những thứ thuốc chứa sắt mà cơ thể dé dàng hấp thụ. Có lẽ chính các phức chất mới có thể giải quyết được vấn để này.

Các nhà bác học Mỹ để nghị cho những muối phức khác nhau của s4t vào bánh mì và gạo. Các nhà khoa học Xô Viết đã diéu chế được thuốc feramit, đó là phức chất Clorua sắt với amit của acid nicotinic [Fe(CsHsCONH2)2Ch]. Vì những lý do trên phức chất trở thành để tài được nhiéu người quan tâm và việc nghiêncứu phức của sắt là một nhu cầu cần thiết. Trong điểu kiện thời gian còn hạn chế, trong luận văn này chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu: “khảo sát sự tạo phức citrat của Fe(III) trong mồi trường acid.

Dùng 5 - sunfosalicilic làm phối tử phụ tro”. Ei Faden the Yin ©7102: Pham thy G mẹ Resim Lain sửa kuẩu su a 4 Land te 2 xo, L SƠ LƯỢC VỀ PHÚC CHẤT CỦA SẮT: Sất là một nguyên tố chuyển tiếp thuộc nhóm VIII B. Sắt có các trạng thái oxi hóa -2, 0, +1, +2, +3, +4, +6. Trong đó, 2 trạng thái oxi hóa thông thường là +2 và +3.

lon sắt (III) bén vì có cơ cấu bán bão hòa 3d”. Phức chất của Fe (Il) 3d”. Dung dịch nước của sắt (II) (không chứa các tác nhân tạo phức khác) chứa ion sắt hexaaquo (II) màu xanh lơ [Fe(H;O)]Ÿ". Điện thế của đôi Fe`*/ Fe?* là 0,77 V nên phân tử oxi có thể chuyển ferơ thành feric trong dung dịch acid 2Fe?*+ 2O:+2H” + 2FeTM* + H;O AE° = 0,46 V.

Trong dung dich baz, tiến trình oxi hóa vẫn xảy ra: Fe(OH),+OH -e -> 2Fe;O:. lon sdt (11) tạo một số phức chất, hầu hết chúng có cơ cấu bát diện với số phối trí là 6. Ngoài ra, còn có cơ cấu tứ diện với số phối trí là 4.|ClO, với số phối trí là 5. Cơ cấu thập nhị diện (D2h) như [Fe(1,8-napthyridin);](CIO,);.

Thường các phức chất ferơ có thể bị oxi hóa thành phức chất feric. Các hợp chất ferơ halogenur kết hợp với khí ammoniac tạo một vài hợp chất ammoniac mà chỉ số cao nhất là hexaammoniac [Fe(NH;),]*°. Các phức chất amin không bén trong nước ngoại trừ dung dịch nước bão hòa ammoniac. Với các ligan amin kiểm, nhiều phức chất bén trong dung dịch nước.

Ví dụ như etilendiamin: [Fe(H;O),]?* + en — [Fe(en)(H;O),]?* + 2H;O K= 109. Acetylaceton tổn tại hai dang ceton va enol, sắt (II) có khả năng tao phức với dang enol tao ra phức sắt acetylacetonat: 2CHs—C—=CH—G—CHy+ RẺ NI Q¿ "Saro ‘eox OH \e=o”ia ⁄ CH, "ey Các hợp chất ð - diceton tao phức bén, đó là dạng phức chất muối nội [Fe(dike)]. Phản ứng kiểm nghiệm "vòng nâu” là do oxit nitric sinh ra kết hợp với ion ferơ tạo phức chất màu nâu [Fe(H;O);NO]°". Khi thêm dung dịch potassium hexacianoferat (III) vào dung dịch nước chứa ion sắt (II) tạo thành kết tủa màu xanh turnbull.

Phức chất của Fe(III) 3d”. Một khía cạnh dé thấy nhất của ion sắt (II) trong dung dịch nước là khuynh hướng thủy giải và khuynh hướng tạo phức. Các phản ứng thủy giải: (Fe(H;O)s]** > [Fe(H;O)s(OH)]* + H* K=1032, (Fe(H;O)s(OH)]?* —› [Fe(H;O). Từ các hằng số cân bằng trên cho thấy ngay cả trong dung dịch acid có pH là 2-3 khuynh hướng thủy giải là rất lớn, để có dung dịch chỉ chứa ion Fe(III) (99%) ở dạng hexaaquo đỏ hỏng nhạt thì pH phải gần bằng 0.

Khi dung dịch đậm đặc của strontium hay Barium hidroxid được đun sôi với feric perclorat thì phức chất hexahidroxoferat (III) MĨ,[Fe(OH)«]; nhận được ở dạng bột tinh thể mau trắng. lon sắt (II) tạo một số rất lớn phức chất, hầu hết có cơ cấu bát diện với số phối trí là 6. lon sất (II) ZZ?!15XU- Cs Trin thy Yen 6 Sản van 2 .A cũng tạo vài phức chất tứ điện với 4 phối tử trong đó [FeCl] là quan trọng nhất. Ngoài ra còn có các phức tam giác (3 phối tử) như [Fe(N(SiMe;)2)s}, tháp vuông [FeCl(dtc);], [Fe(acac);C1] hoặc lưỡng tháp tam giác [Fe(N:)s]” với số phối tử là 5, cơ cấu gần như lưỡng tháp ngũ giác [Fe EDTA (H;O)} với số phối trí là 7.

Ion sắt (III) có ái lực lớn nhất với các ligand mà nguyên tố phối trí là oxigen như ion phosphat, poliphosphat và các poliol. Sự tạo thành phức với B-diceton là nguyên nhân tạo nên màu sắc đậm dùng để định tính cho ion sắt (I). lon feric tao phức với các ion halogenur. Ai lực của nó đối với F tương đối cao.

Các hằng số cân bằng tương ứng cho các phức chất cloro lần lượt là 30, 5,0,1. Trong HCI có nồng độ rất đậm đặc ion FeCl, tứ diện được tạo thành. Trạng thái tấn, các phức chất halogeno có số phối tử cao hơn, ví dụ: [FeF¿]”, [FeCl¿], [Fe;Cla]". Các phức chất với SCN có màu đỏ đậm được dùng cho phản ứng định tính và định lượng với độ nhạy lớn để xác định ion feric [Fe(SCN)s] hay [Fe(SCN)„]' có thể được trích ly trong eter, [Fe(SCN).]* tn tại dạng tỉnh thể.

Với ion cianur, ion hexaciano ferat (III) (Fe(SCN);}” tương đối ít độc hơn [Fe(CN)¿]“ và cho nhiều ion thế [Fe(CN)sX] trong đó X là H;O, NO;. điển hình là nitroprussid [Fe(CN)„NO;J?. Khi thêm dung dịch potassium tiocianat vào dung dịch có chứa ion sắt (II sẽ cho một chất màu đỏ đậm, màu này tùy thuộc vào ion [Fe(SCN),]°TM. Đây là phản ứng rất nhạy của ion sắt (II) và sự hiện diện của một lượng vết của các ion này trong dung dịch s&t (III) cũng tạo được màu đỏ.

Các trạng thái oxi hóa khác. Trạng thái oxi hóa ~2: có cơ cấu tứ diện với số phối trí là 4 như: (Fe(CO),]”, [Fe(CO)z(NO;);]. Trạng thái oxi hóa là 0: có cơ cấu lưỡng tháp tam giác với số phối trí là 5 như [Fe(CO)s], [Fe(Phs)s}, [(PhyP);Fe (CO);] hoặc cơ cấu bát diện với số phối trí là 6 như: [Fe(CO);H]”, (Fe(CO)„PPh;H]”. CsTrhi in Yen 3 án win HL ¬.

Trạng thái oxi hóa +1(3d’) có cơ cấu bát diện với 6 phối tử ví du [Fe(H;O);NO]””. Trạng thái oxi hóa +4 (3d') có cơ cấu bát diện với số phối trí là 6, ví dụ: [Fe(diars);Clạ]?° được tạo thành do sự oxi hóa ion [Fe(diars);Clạ]“ với acid nitric 15M hoặc phức [FeH,(PEth;);| nhận được bằng cách tác dụng NaBH, trên dung dich etanol của ferơ cho phức chất dihidro [FeH;(PEtPh;);]. Trạng thái oxi hóa +6 (3d?) có cơ cấu tứ diện với 4 phối tử như FeO,” tương đối bén trong baz nhưng bị phân tích trong dung dịch trung tính hay acid: 2FeO,Ÿ + 10H —› 2Fe** + 1/202 + 5H;O. SỰ TẠO PHUC CUA Fe (ID), Fe (II) VỚI CÁC OXI ACID: Thành phẩn của các muối phức của các oxi acid phụ thuộc vào pH của môi trường và trong rất nhiều trường hợp, thành phdn đó chưa được xác định.

Theo các quan điểm về cơ chế hóa học, sự tạo thành của các hợp chất phức của các oxi acid không được thống nhất, có nhiều ý kiến khác nhau cho rằng phức được tạo thành là do sự thay thế của kim loại vào nguyên tử hydro của nhóm hidroxyl hay nguyên tử hydro của nhóm cacboxyl hoặc cả hai. Một số tác giả cho rằng, trong môi trường trung tính và kiểm thì tạo được các muối phức baz của các oxi acid. Do đó, công thức của các muối phức của các oxi acid được viết khác nhau. Khi xác định độ bền so sánh các phức tacrat, citrat, malat và salisilat của sắt và nhôm [2] theo phương pháp xác định tỷ số mức độ liên kết vào phức của các ion khác nhau theo công thức: Mức độ (bậc) liên kết œ = Cà, Cà.

Dựa vào các giá trị lượng sắt và nhôm đi vào phức đã được tìm thấy và các giá trị tích số tan của oxiquinolinat sắt và nhôm các tác giả đã tính được tỉ số mức độ liên kết vào phức của sắt và nhôm dựa trên tỉ số: Ging _ Creo mong me Cy YS: CSP a me Op,_ CN. engine yo Al _ Crwore sme 1,03. E5 Cut 0 wong mac 178. 10TM Các kết quả thu được cho thấy các phức của sắt bén hơn các phức tương ứng của nhôm.

Tỉ số độ bển của các phức của sắt tăng theo chiéu tăng pH của FWHD. Cs Taths ba You SINFH. Pham the 2X, Lain 8 4. wan luận saxal dung dịch và độ bển của các hợp chất phức của sắt tỉ lệ nghịch với pH bắt đầu kết tủa hydroxyt của chúng.

Fe-Salisilat và Salisilat Các phức oxalat và citrat của Fe(II) đã được nhiều người nghiên cứu: đối với các phức oxalat thì một loạt các tác giả đã có cùng ý kiến cho rằng chúng có thành phần tương ứng với công thức [Fe(C;O,);|” có hằng cố kém bền bằng 1,4.10° ở 25°C, cũng có tác giả khác cho rằng hằng số này bằng 6,3.